(57)【要約】【課題】記憶容量が大きく、しかも耐熱性に優れる磁気メモリ装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】磁壁３０の移動を規制する規制領域３２が所定の間隔で形成され、規制領域間の領域が記録ビット３４となる線状の記録層２２を有し、記録層２２に一軸磁気異方性を付与する手段２４を有している。記録層に対して一軸磁気異方性を付与する手段を有しているため、十分な一軸磁気異方性を記録層において得ることができる。このため、記録層の幅Ｄを比較的狭くした場合であっても、耐熱性の高い磁気メモリ装置を提供することができる。【選択図】  図１
2007324171.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁壁の移動を規制する規制領域が所定の間隔で形成され、前記規制領域間の領域が記録ビットとなる線状の記録層を有し、前記記録層に一軸磁気異方性を付与する手段を有する
ことを特徴とする磁気メモリ装置。
【請求項２】
請求項１記載の磁気メモリ装置において、
前記記録層は、強磁性層と、前記強磁性層の下地に形成されたＴａ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｗのいずれかより成る下地層とを有する
ことを特徴とする磁気メモリ装置。
【請求項３】
請求項１記載の磁気メモリ装置において、
前記記録層は、強磁性層と、前記強磁性層の一方の面に形成された反強磁性層とを有する
ことを特徴とする磁気メモリ装置。
【請求項４】
強磁性層と、前記強磁性層の一方の面に形成された反強磁性層とを有する記録層を形成する工程と、
前記記録層を所定の間隔で加熱あるいは改質することにより、磁壁の移動を規制する規制領域を前記記録層に形成する工程と
を有することを特徴とする磁気メモリ装置の製造方法。
【請求項５】
記録層を加熱するための加熱用配線を所定の間隔で形成する工程と、
強磁性層と、前記強磁性層の一方の面に形成された反強磁性層とを有する前記記録層を前記加熱用配線に交差するように形成する工程と、
前記加熱用配線を用いて前記記録層を加熱することにより、磁壁の移動を規制する規制領域を前記記録層に形成する工程と
を有することを特徴とする磁気メモリ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気メモリ装置及びその製造方法に係り、特に線状の記録層を有する磁気メモリ装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、書き換え可能な不揮発性メモリとして、磁気抵抗効果素子をマトリクス状に配列した磁気ランダムアクセスメモリ（以下、ＭＲＡＭ：Magnetic Random Access Memoryという）が注目されている。ＭＲＡＭは、２つの磁性層における磁化方向の組み合わせを利用して情報を記憶し、これら磁性層間の磁化方向が平行である場合と反平行である場合とにおける抵抗変化（すなわち電流或いは電圧の変化）を検知することによって記憶情報の読み出しを行うものである。
【０００３】
ＭＲＡＭを構成する磁気抵抗効果素子としては、ＧＭＲ（Giant MagnetoResistive）素子やＴＭＲ（Tunneling MagnetoResistive）素子が知られている。なかでも、大きな抵抗変化が得られるＴＭＲ素子が、ＭＲＡＭに用いる磁気抵抗効果素子として注目されている。ＴＭＲ素子は、２つの強磁性層がトンネル絶縁膜を介して積層されたものであり、２つの強磁性層の磁化方向の関係に基づいてトンネル絶縁膜を介して磁性層間を流れるトンネル電流が変化する現象を利用したものである。すなわち、ＴＭＲ素子は、２つの強磁性層の磁化方向が平行のときに低い素子抵抗を有し、反平行のときには高い素子抵抗を有する。この２つの状態をデータ“０”及びデータ“１”に関連づけることにより、記憶素子として用いることができる。
【特許文献１】特開２０００−２１５４３１号公報
【特許文献２】特開２０００−２８５４５２号公報
【非特許文献１】Kenji Noma et al., “Effects of underlayer on one-directional anisotropy in spin-valve films without any antiferromagnetic layers”, Journal of Applied Physics, Volume 95, Number 11, June 1, 2004, pp. 6669-6671
【非特許文献２】A. Himeno et al., “Dynamics of a magnetic domain wall in magnetic wires with an artificial neck”, Journal of Applied Physics, Vol. 93, No. 10, pp. 8430-8432 (2003)
【非特許文献３】角田匡清等, 「強磁性／反強磁性積層膜の交換磁気異方性−反強磁性層の磁気異方性とその役割−」, 日本応用磁気学会会誌, Vol. 28, No. 2, 2004, pp. 55-65
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の磁気メモリ装置は、記憶容量が必ずしも十分に大きくなかった。記憶容量の向上を図るためには、微細化・高集積化を行うことが考えられるが、単に微細化等を図った場合には、磁性層に書き込まれた情報が熱揺らぎ等により消失してしまう虞がある。
【０００５】
本発明の目的は、記憶容量が大きく、しかも耐熱性に優れる磁気メモリ装置及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一観点によれば、磁壁の移動を規制する規制領域が所定の間隔で形成され、前記規制領域間の領域が記録ビットとなる線状の記録層を有し、前記記録層に一軸磁気異方性を付与する手段を有することを特徴とする磁気メモリ装置が提供される。
【０００７】
また、本発明の他の観点によれば、強磁性層と、前記強磁性層の一方の面に形成された反強磁性層とを有する記録層を形成する工程と、前記記録層を所定の間隔で加熱あるいは改質することにより、磁壁の移動を規制する規制領域を前記記録層に形成する工程とを有することを特徴とする磁気メモリ装置の製造方法が提供される。
【０００８】
また、本発明の更に他の観点によれば、記録層を加熱するための加熱用配線を所定の間隔で形成する工程と、強磁性層と、前記強磁性層の一方の面に形成された反強磁性層とを有する前記記録層を前記加熱用配線に交差するように形成する工程と、前記加熱用配線を用いて前記記録層を加熱することにより、磁壁の移動を規制する規制領域を前記記録層に形成する工程とを有することを特徴とする磁気メモリ装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、記録層に対して一軸磁気異方性を付与する手段を有しているため、十分な一軸磁気異方性を記録層において得ることができる。このため、本発明によれば、記録層の幅を比較的狭くした場合であっても、耐熱性の高い磁気メモリ装置を提供することができる。
【００１０】
また、本発明によれば、Ｔａ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｗのいずれかより成る下地層と、かかる下地層上に形成された強磁性層とにより記録層が構成されているため、十分な一軸磁気異方性を記録層において得ることができる。このため、本発明によれば、記録層の幅を比較的狭くした場合であっても、耐熱性の高い磁気メモリ装置を提供することができる。
【００１１】
また、本発明によれば、記録層が、強磁性層と、強磁性層の一方の面に形成された反強磁性層とを有しているため、反強磁性層と強磁性層との交換結合により、十分な一軸磁気異方性を記録層において得ることができる。このため、本発明によれば、記録層の幅を比較的狭く設定した場合であっても、耐熱性の高い磁気メモリ装置を提供することができる。
【００１２】
また、本発明によれば、記録層において十分な一軸磁気異方性が得られるため、記録ビットの長さを短くすることが可能である。このため、本発明によれば、記録層における記録密度を十分に高くすることができ、記憶容量の高い磁気メモリ装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図２０は、提案されている磁気メモリ装置を示す概念図である。
【００１４】
図２０に示すように、情報を記録するための記録層１２２が線状に形成されている。記録層１２２の材料としては強磁性体が用いられている。線状の記録層１２２には、磁壁３０の移動を規制する規制領域（ピニングサイト、Pinning site）１３２が所定の間隔で形成されている。かかる規制領域１３２は、記録層１２２の側部に形成された切り欠き（ノッチ）１２８により形成されている。記録層１２２に形成された規制領域１３２により、各々の記録ビット１３４が画定されている。図２０における矢印は、記録ビット１３４の磁化方向を示している。互いに隣接する記録ビット１３４の磁化方向が反対方向を向いている場合には、これらの記録ビット１３４の間には磁壁１３０が存在する。なお、互いに隣接する記録ビット１３４の磁化方向が同じ方向である場合には、これらの記録ビット１３４の間には磁壁１３０は存在しない。磁壁１３０を介して磁化方向が反対方向を向くことは、強磁性体の一般的な性質である。
【００１５】
多数の記録ビット１３４のうちの一の記録ビット１３４には、バリア層１３６を介して固定磁化層１３８ａが形成されている。これらバリア層１３６及び固定磁化層１３８ａにより書き込み素子１０２が構成されている。書き込み素子１０２には電極１５６ａが接続されている。
【００１６】
また、多数の記録ビット１３４のうちの他の記録ビット１３４には、バリア層１３６を介して固定磁化層１３８ｂが形成されている。これらバリア層１３６及び固定磁化層１３８ｂにより読み出し素子１０４が構成されている。読み出し素子１０４には電極１５６ｂが接続されている。
【００１７】
このような提案されている磁気メモリ装置においては、記録層１２２の長手方向に電流を流した際に生ずるスピントルクにより、磁壁１３０を適宜移動させることが可能である。そして、磁壁１３０を適宜移動させつつ、記録ビット１３４に記録された情報を読み出し、また、記録ビット１３４に情報を書き込むことが可能である。
【００１８】
しかしながら、提案されている磁気メモリ装置では、記録層１２２の幅Ｄが０．２μｍ程度と比較的広かった。このような比較的幅Ｄの広い記録層１２２においては、磁壁長（記録層１２２の長手方向における磁壁１３０の厚さ）は０．１μｍ程度と比較的長くなる。磁壁長が例えば０．１μｍ程度の場合には、１つの記録ビット３４の長さＬは０．４μｍ程度となる。１つの記録ビット３４の長さＬが０．４μｍ程度の場合には、記録層１２２の長さを１００μｍ程度とすると、１つの記録層１２２に２５０ビットの情報しか記録することができない。ここで、記録層１２２の幅Ｄを狭く設定することにより、磁壁長を短くし、これにより記録層１２２における記憶容量を向上することが考えられる。しかしながら、記録層１２２の幅Ｄを単に狭く設定した場合には、記録ビット１３４に記録された情報が熱揺らぎにより消失してしまう虞がある。
【００１９】
本願発明者らは鋭意検討した結果、以下のように磁気メモリ装置を構成することにより、記憶容量が大きく、しかも耐熱性に優れる磁気メモリ装置及びその製造方法を提供し得ることに想到した。
【００２０】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による磁気メモリ装置及びその製造方法を図１乃至図８を用いて説明する。図１は、本実施形態による磁気メモリ装置の一部を示す斜視図である。図２は、本実施形態による磁気メモリ装置を示す断面図である。
【００２１】
なお、本実施形態による磁気メモリ装置の記録層２２は数百個〜数千個の記録ビット３４を有するように構成することが可能であるが、図１においてはこれら多数の記録ビット３４のうちの一部のみを示している。また、書き込み素子（書き込み手段）２とコンタクトプラグ５４との間、及び読み出し素子（読み出し手段）４とコンタクトプラグ５４との間には、記録層２２に数百個〜数千個の記録ビット３４が形成されているが、図２においては図示を省略している。
【００２２】
（磁気メモリ装置）
図１及び図２に示すように、シリコン基板１０上には、層間絶縁膜１２が形成されている。なお、シリコン基板１０上には、図示しないトランジスタ等が適宜形成されている。
【００２３】
層間絶縁膜１２上には、層間絶縁膜１４が形成されている。
【００２４】
層間絶縁膜１４には、溝１６ａ、１６ｂが形成されている。溝１６ａ、１６ｂ内には、書き込み素子２の下部電極１８ａと、読み出し素子４の下部電極１８ｂとが埋め込まれている。下部電極１８ａ、１８ｂは、シリコン基板１０上に形成されたトランジスタ（図示せず）等に適宜電気的に接続されている。
【００２５】
下部電極１８ａ、１８ｂが埋め込まれた層間絶縁膜１４上には、細線状（帯状）の記録層２２が形成されている。記録層２２は、Ｔａより成る下地層２４と、下地層上に形成されたＣｏＦｅＢより成る強磁性層２６とにより構成されている。
【００２６】
本実施形態において強磁性層２６の下にＴａより成る下地層２４を形成しているのは、強磁性層２６の下にＴａより成る下地層２４を形成すると、記録層２２において十分に大きい一軸磁気異方性を得ることができるためである（非特許文献１参照）。
【００２７】
図３は、下地層と強磁性層とから成る積層膜の磁化曲線を示すグラフである。なお、図３は、非特許文献１に記載されている。図３における（ａ）は下地層の材料としてＴａを用いた場合を示している。図３における（ｂ）は、下地層の材料としてＮｉＣｒを用いた場合を示している。図３における（ｃ）は、下地層の材料としてＣｕを用いた場合を示している。いずれの場合にも、強磁性層の材料としてはＣｏＦｅが用いられている。図３における横軸は磁場Ｈを示しており、縦軸は磁化Ｂを示している。
【００２８】
図３から分かるように、（ｂ）の場合、即ち、下地層の材料としてＮｉＣｒを用いた場合には、保磁力ＨＣの大きさは８．６ｋＡ／ｍと比較的小さい。
【００２９】
また、（ｃ）の場合、即ち、下地層の材料としてＣｕを用いた場合には、保磁力ＨＣの大きさは１．４ｋＡ／ｍと比較的小さい。
【００３０】
これに対し、（ａ）の場合、即ち、下地層の材料としてＴａを用いた場合には、保磁力ＨＣの大きさは３７ｋＡ／ｍと極めて大きい。
【００３１】
これらのことから、下地層２４の材料としてＴａを用い、かかる下地層２４上に強磁性層２６を形成した場合には、極めて大きい保磁力を記録層２２において得ることができる。このことは、下地層の材料としてＴａを用いれば、記録層２２において極めて大きい一軸磁気異方性が得られることを意味する。
【００３２】
非特許文献２に記載された内容に基づいて本願発明者らが鋭意検討したところ、記録層の幅Ｄを０．１μｍ程度まで狭くする場合において十分な耐熱性を得るためには、５×１０５ｅｒｇ／ｃｃ以上の一軸磁気異方性を記録層において得ることが必要であることが分かった。
【００３３】
一方、強磁性層２６の下に形成する下地層２４の材料としてＴａを用いれば、５×１０５ｅｒｇ／ｃｃ以上の一軸磁気異方性が記録層２２において得られる。
【００３４】
従って、本実施形態によれば、記録層２２の幅Ｄを０．１μｍ程度まで狭くする場合であっても十分な耐熱性が得られる磁気メモリ装置を提供することが可能である。
【００３５】
Ｔａより成る下地層２４の膜厚は、例えば２ｎｍ以上とする。Ｔａより成る下地層２４の膜厚を２ｎｍ以上とするのは、Ｔａより成る下地層２４の膜厚が過度に薄い場合には、十分な一軸磁気異方性が記録層２２において得られないためである。
【００３６】
ＣｏＦｅＢより成る強磁性層２６の膜厚は、例えば２ｎｍとする。
【００３７】
記録層２２の幅Ｄは、例えば０．１μｍ程度とする。
【００３８】
記録層２２の側壁部分には、所定の間隔で切り欠き（ノッチ）２８が形成されている。切り欠き２８の形状は、例えばくさび形とする。切り欠き２８は、記録層２２の両側の側壁部分に形成されている。
【００３９】
切り欠き２８が形成された箇所においては、記録層２２の断面積が小さくなっている。記録層２２のうちの断面積が小さい箇所は、記録層２２のうちの断面積が大きい箇所と比較して、エネルギー的に安定している。このため、切り欠き２８により記録層２２の断面積が小さくなっている箇所には、磁壁３０をトラップさせることが可能となる。このため、記録層２２のうちの切り欠き２８が形成されている箇所は、磁壁３０の移動を規制する規制領域（ピニングサイト）３２として機能する。
【００４０】
規制領域３２にトラップされた磁壁３０は、記録層２２の長手方向に電流を流した際に生ずるスピントルクにより、適宜移動させることが可能である。
【００４１】
記録層２２の各々の記録ビット３４は、規制領域３２により画定される。このため、１つの記録ビット３４の長さＬは、規制領域３２の間隔と等しい。規制領域３２の間隔Ｌ、即ち、１つの記録ビット３４の長さＬは、例えば０．１μｍ程度とする。
【００４２】
図２０に示す提案されている磁気メモリ装置では、記録層１２２の幅Ｄに対する記録ビット１３４の長さＬの比（Ｌ／Ｄ）を十分に大きく設定することにより、記録層１２２における一軸磁気異方性を実現し（形状磁気異方性）、これにより熱揺らぎに対する耐性を確保していた。具体的には、提案されている磁気メモリ装置では、記録層１２２の幅Ｄに対する記録ビット１３４の長さＬの比（Ｌ／Ｄ）を２より大きく設定していた。
【００４３】
ところで、記録層における記録密度の更なる向上を実現するためには、記録ビットの長さＬをできるだけ短く設定することが好ましい。
【００４４】
本実施形態では、Ｔａより成る下地層２４が強磁性層２６の下に設けられているため、十分に大きい一軸磁気異方性が記録層２２において得られる。このため、記録ビット３４の幅Ｄに対する記録ビット３４の長さＬの比（Ｌ／Ｄ）を２以下に設定した場合であっても、記録層２２において十分な一軸磁気異方性を実現することが可能である。但し、記録ビット３４の幅Ｄに対する記録ビット３４の長さＬの比（Ｌ／Ｄ）が過度に小さい場合には、必ずしも十分な一軸磁気異方性が記録ビット３４において得られるとは限らない。従って、本実施形態では、記録ビット３４の幅Ｄに対する記録ビット３４の長さＬの比（Ｌ／Ｄ）を０．５〜２に設定する。
【００４５】
規制領域３２にトラップされた磁壁３０は、記録層２２の長手方向に電流を流した際に生ずるスピントルクにより、適宜移動させることが可能であるが、磁壁３０を移動させる際の消費電流は、できるだけ低く抑えることが好ましい。本実施形態のように記録層２２を下地層２４と強磁性層２６とにより構成する場合には、磁壁３０を移動させるための電流を記録層２２に流した際には、強磁性層２６のみならず、下地層２４にも電流が流れる。磁壁３０を移動させるためには、主として強磁性層２６に十分な電流を流す必要がある。このため、本実施形態では、下地層２４の電気抵抗を強磁性層２６の電気抵抗の５倍以上に設定することが好ましい。
【００４６】
下部電極１８ａ、１８ｂの上方における記録層２２上には、ＭｇＯより成るバリア層３６を介して、積層フェリ構造を有する固定磁化層３８ａ、３８ｂが形成されている。固定磁化層３８ａ、３８ｂは、ＣｏＦｅＢより成る強磁性層４０と、Ｒｕより成る非磁性層４２と、ＣｏＦｅより成る強磁性層４４と、ＰｔＭｎより成る反強磁性層４６とを、順次積層して成る積層膜により構成されている。
【００４７】
固定磁化層３８上には、Ｔａより成る接続電極４８ａ、４８ｂが形成されている。
【００４８】
記録層２２、固定磁化層３８ａ、３８ｂ及び接続電極４８ａ、４８ｂが形成された層間絶縁膜１４上には、接続電極４８ａ、４８ｂの上面が露出するように層間絶縁膜５０が埋め込まれている。
【００４９】
層間絶縁膜５０には、記録層２２の両端に達するコンタクトホール５２がそれぞれ形成されている。
【００５０】
コンタクトホール５２内には、コンタクトプラグ５４が埋め込まれている。
【００５１】
コンタクトプラグ５４等が埋め込まれた層間絶縁膜５０上には、書き込み素子２の上部電極５６ａ、読み出し素子４の上部電極５６ｂ及び配線５６ｃ、５６ｄ形成されている。
【００５２】
下部電極１６ａ、バリア層３６、固定磁化層３８ａ、接続電極４８ａ及び上部電極５６ａにより、記録層２２の記録ビット３４に情報を書き込むための書き込み素子２が構成されている。
【００５３】
下部電極１６ｂ、バリア層３６、固定磁化層３８ｂ、接続電極４８ｂ及び上部電極５６ｂにより、記録層２２の記録ビット３４に記録された情報を読み出すための読み出し素子４が構成されている。
【００５４】
配線５６ｃ、５６ｄは、コンタクトプラグ５４を介して、記録層２２の端部にそれぞれ電気的に接続されている。
【００５５】
上部電極５６ａ、５６ｂ及び配線５６ｃ、５６ｄが形成された層間絶縁膜５０上には、上部電極５６ａ、５６ｂ及び配線５６ｃ、５６ｄを埋め込むように層間絶縁膜５８が形成されている。
【００５６】
こうして本実施形態による磁気メモリ装置が構成されている。
【００５７】
（動作原理）
次に、本実施形態による磁気メモリ装置の動作原理について図１及び図２を用いて説明する。
【００５８】
まず、記録層２２の記録ビット３４への情報の書き込み方法について説明する。なお、図１における太い矢印の方向は、磁化方向を示している。
【００５９】
記録層２２の記録ビット３４への情報の書き込みは、記録層２２の記録ビット３４の磁化方向を、固定磁化層３８ａの磁化方向と同じ方向（平行）又は固定磁化層３８ａの磁化方向とは反対方向（反平行）に設定することにより行う。
【００６０】
記録層２２の記録ビット３４の磁化方向を反平行から平行に反転させる場合には、上部電極５６ａの電位に対して下部電極１８ａの電位を高く設定する。そうすると、膜面に垂直に記録層２２側から固定磁化層３８ａ側へ電流が流れ、スピン偏極した伝導電子が固定磁化層３８ａから記録層２２に流れ込み、記録層３８ａの電子と交換相互作用をする。この結果、電子間にはトルクが発生し、このトルクが十分に大きいと記録層２２の記録ビット３４の磁化方向が反平行から平行に反転する。
【００６１】
一方、記録層２２の記録ビット３４の磁化方向を平行から反平行に反転させる場合には、下部電極１８ａの電位に対して上部電極５６ａの電位を高く設定する。そうすると、上記とは逆の作用により、記録層２２の記録ビット３４の磁化方向が平行から反平行に反転する。
【００６２】
互いに隣接する記録ビット３４の磁化方向が反対方向を向いている場合には、これらの記録ビット３４の間には磁壁３０が存在する。一方、互いに隣接する記録ビット３４の磁化方向が同じ方向である場合には、これらの記録ビットの間には磁壁３０は存在しない。なお、磁壁３０を介して磁化方向が反対方向を向くことは、強磁性体の一般的な性質である。
【００６３】
本実施形態による磁気メモリ装置では、記録層２２の長手方向に電流を流す際に生ずるスピントルクにより、磁壁３０を適宜移動させることが可能であり、これに伴って、記録ビット３４に書き込まれた情報を適宜シフトさせることができる。書き込み素子２により直接情報が書き込まれる記録ビット３４は１つのみであるが、磁壁３０を移動させることにより記録ビット３４に書き込まれた情報をシフトさせることができるため、各々の記録ビット３４に情報を書き込むことが可能である。
【００６４】
即ち、記録層２２の長手方向に沿って電流を流すと、電子スピンの流れる方向に磁壁３０が移動する。例えば、図１において右向きに電流を流すと、電子スピンは左向きに流れ、磁壁３０は左側に移動する。また、図１において左向きに電流を流すと、電子スピンは右向きに流れ、磁壁３０は右側に移動する。磁壁３０の移動に伴って、磁壁３０により画定されている磁区が移動する。換言すれば、磁壁３０の移動に伴って、記録ビット３４に書き込まれている情報がシフトする。記録ビット３４に書き込まれている情報を適宜シフトさせつつ記録ビット３４への情報の書き込むことにより、各々の記録ビット３４に情報を書き込むことが可能である。
【００６５】
次に、記録層２２の記録ビット３４に書き込まれた情報の読み出し方法について説明する。
【００６６】
固定磁化層３８ｂの磁化方向と固定磁化層３８ｂに対向する記録ビット３４の磁化方向とが反対方向（反平行）の場合には、下部電極１８ｂと上部電極５６ｂとの間は高抵抗状態となる。一方、固定磁化層３８ｂの磁化方向と固定磁化層３８ｂに対向する記録ビット３４の磁化方向とが同じ方向（平行）の場合には、下部電極１８ｂと上部電極５６ｂとの間は低抵抗状態となる。高抵抗状態と低抵抗状態の２つの状態は、データ“０”又はデータ“１”に関連づけられている。高抵抗状態と低抵抗状態の２つの状態が、データ“０”又はデータ“１”に関連づけられているため、記録層２２の記録ビット３４に書き込まれた情報を判定することができる。
【００６７】
このように、本実施形態によれば、Ｔａより成る下地層２４と、かかる下地層２４上に形成された強磁性層２６とにより記録層２２が構成されているため、十分な一軸磁気異方性を記録層２２において得ることができる。換言すれば、本実施形態による磁気メモリ装置は、記録層２２に対して一軸磁気異方性を付与する手段を有しているため、十分な一軸磁気異方性を記録層２２において得ることができる。このため、本実施形態によれば、記録層２２の幅Ｄを比較的狭くした場合であっても、耐熱性の高い磁気メモリ装置を提供することができる。
【００６８】
しかも、本実施形態によれば、記録層２２において十分な一軸磁気異方性が得られるため、記録ビット３４の長さＬを短くすることが可能である。このため、本実施形態によれば、記録層２２における記録密度を十分に高くすることができ、記憶容量の高い磁気メモリ装置を提供することが可能となる。
【００６９】
（磁気メモリ装置の製造方法）
次に、本実施形態による磁気メモリ装置の製造方法を図４乃至図８を用いて説明する。図４乃至図８は、本実施形態による磁気メモリ装置の製造方法を示す工程断面図である。
【００７０】
まず、トランジスタ（図示せず）等が形成されたシリコン基板１０上に、例えばＣＶＤ法により、シリコン酸化膜より成る層間絶縁膜１２を形成する。
【００７１】
次に、層間絶縁膜１２上に、例えばＣＶＤ法により、膜厚２００ｎｍのシリコン酸化膜より成る層間絶縁膜１４を形成する（図４（ａ）参照）。
【００７２】
次に、図４（ｂ）に示すように、層間絶縁膜１４に溝１６ａ、１６ｂを形成する。かかる溝１６ａ、１６ｂは、書き込み素子２の下部電極１８ａ及び読み出し素子４の下部電極１８ｂを埋め込むためのものである。
【００７３】
次に、例えばスパッタリング法により、膜厚４００ｎｍのＣｕ膜を形成する。
【００７４】
次に、ＣＭＰ法により、層間絶縁膜１４の表面が露出するまでＣｕ膜を研磨する。こうして、溝１６ａ、１６ｂ内に、Ｃｕより成る下部電極１８ａ、１８ｂが形成される（図４（ｃ）参照）。
【００７５】
次に、全面に、例えばスパッタリング法により、膜厚２ｎｍのＴａ膜を形成する。Ｔａ膜は、記録層２２の下地層２４となるものである。
【００７６】
次に、全面に、例えばスパッタリング法により、膜厚２ｎｍのＣｏＦｅＢ膜を形成する。ＣｏＦｅＢ膜は、記録層２２の強磁性層２６となるものである。
【００７７】
次に、全面に、例えばスパッタリング法により、膜厚１ｎｍのＭｇＯ膜を形成する。ＭｇＯ膜は、バリア層（トンネル絶縁膜）３６となるものである。
【００７８】
次に、全面に、例えばスパッタリング法により、ＣｏＦｅＢ膜４０、Ｒｕ膜４２、ＣｏＦｅ膜４４及びＰｔＭｎ膜４６を順次形成する。ＣｏＦｅＢ膜４０の膜厚は、例えば２．３ｎｍ程度とする。Ｒｕ膜４２の膜厚は、例えば０．８ｎｍ程度とする。ＣｏＦｅ膜４４の膜厚は、例えば１．７ｎｍ程度とする。ＰｔＭｎ膜４６の膜厚は、例えば２０ｎｍ程度とする。ＣｏＦｅＢ膜４０、Ｒｕ膜４２及びＣｏＦｅ膜４４より成る積層膜は、固定磁化層３８ａ、３８ｂとなるものである。ＰｔＭｎ膜４６は、固定磁化層３８ａ、３８ｂの一部を構成する反強磁性層となるものである。
【００７９】
次に、全面に、例えばスパッタリング法により、膜厚５０ｎｍのＴａ膜４８を形成する。Ｔａ膜は、接続電極４８ａ、４８ｂとなるものである（図５（ａ）参照）。
【００８０】
次に、例えばスピンコート法により、フォトレジスト膜（図示せず）を形成する。
【００８１】
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、フォトレジスト膜を記録層２２の平面形状にパターニングする。磁壁３０を規制するための規制領域３２を切り欠き２８により形成する場合には、切り欠き２８が形成されるような平面形状にフォトレジスト膜をパターニングする。
【００８２】
次に、フォトレジスト膜をマスクとして、イオンミリング又はＲＩＥ（Reactive Ion Etching、反応性イオンエッチング）により、Ｔａ膜４８、ＰｔＭｎ膜４６、ＣｏＦｅ膜４４、Ｒｕ膜４２、ＣｏＦｅＢ膜４０、ＭｇＯ膜３６、ＣｏＦｅＢ膜２６及びＴａ膜２４をパターニングする（図５（ｂ）参照）。この後、フォトレジスト膜を剥離する。
【００８３】
次に、例えばスピンコート法により、フォトレジスト膜（図示せず）を形成する。
【００８４】
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、フォトレジスト膜を書き込み素子２の平面形状及び読み出し素子４の平面形状にパターニングする。書き込み素子２及び読み出し素子４のそれぞれの寸法は、例えば３０ｎｍ×９０ｎｍとする。
【００８５】
次に、フォトレジスト膜をマスクとして、Ｔａ膜４８、ＰｔＭｎ膜４６、ＣｏＦｅ膜４４、Ｒｕ膜４２、ＣｏＦｅＢ膜４０、ＭｇＯ膜３６をエッチングする。この際、記録層２２を過度にエッチングしてしまうことがないよう、エッチングの終点を制御する。こうして、ＭｇＯより成るバリア層３６が形成される。また、ＣｏＦｅＢ膜、Ｒｕ膜、ＣｏＦｅ膜及びＰｔＭｎ膜より成る固定磁化層３８ａ、３８ｂが形成される。また、Ｔａ膜より成る接続電極４８ａ、４８ｂが形成される（図６（ａ）参照）。
【００８６】
次に、例えばＣＶＤ法により、膜厚２００ｎｍのシリコン酸化膜より成る層間絶縁膜５０を形成する。
【００８７】
次に、例えばＣＭＰ法により、接続電極４８ａ、４８ｂの表面が露出するまで層間絶縁膜５０を研磨する（図６（ｂ）参照）。
【００８８】
次に、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、記録層２２のそれぞれの端部に達するコンタクトホール５２を、層間絶縁膜５０に形成する（図７（ａ）参照）。
【００８９】
次に、例えばＣＶＤ法により、窒化チタンより成るバリアメタル膜を形成する。
【００９０】
次に、例えばＣＶＤ法により、タングステン膜を形成する。
【００９１】
次に、例えばＣＭＰ法により、層間絶縁膜５０の表面が露出するまで、タングステン膜及びバリアメタル膜を研磨する。こうして、コンタクトホール５２内にコンタクトプラグ５４が埋め込まれる（図７（ｂ）参照）。
【００９２】
次に、例えばめっき法により、膜厚２００ｎｍのＣｕ膜を形成する。
【００９３】
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、Ｃｕ膜をパターニングする。これにより、Ｃｕより成る上部電極５６ａ、５６ｂ、及びＣｕより成る配線５６ｃ、５６ｄが形成される。
【００９４】
次に、上部電極５６ａ、５６ｂ及び配線５６ｃ、５６ｄを覆うように層間絶縁膜５８を形成する。
【００９５】
こうして本実施形態による磁気メモリ装置が製造される（図８参照）。
【００９６】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態による磁気メモリ装置及びその製造方法を図９乃至図１６を用いて説明する。図９は、本実施形態による磁気メモリ装置の一部を示す斜視図である。図１０は、本実施形態による磁気メモリ装置を示す断面図である。
【００９７】
なお、本実施形態による磁気メモリ装置の記録層２２ａは数百個〜数千個の記録ビット３４を有するように構成することが可能であるが、図９においてはこれら多数の記録ビット３４のうちの一部のみを示している。また、書き込み素子２とコンタクトプラグ５４との間、及び読み出し素子４とコンタクトプラグ５４との間には、記録層２２ａに数百個〜数千個の記録ビット３４が形成されているが、図１０においては図示を省略している。
【００９８】
図１乃至図８に示す第１実施形態による磁気メモリ装置及びその製造方法と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略または簡潔にする。
【００９９】
（磁気メモリ装置）
本実施形態による磁気メモリ装置は、線状の記録層２２ａが、反強磁性層６２と、反強磁性層６２上に形成された強磁性層２６を有していることに主な特徴がある。
【０１００】
図９及び図１０に示すように、本実施形態では、非磁性層６０と反強磁性層６２と強磁性層２６とにより記録層２２ａが構成されている。より具体的には、Ｒｕより成る非磁性層６０と、ＩｒＭｎより成る反強磁性層６２と、ＣｏＦｅＢより成る強磁性層２６とにより記録層２２ａが構成されている。Ｒｕより成る非磁性層６０は、ＩｒＭｎより成る反強磁性層６２の結晶性を高めるためのシード層として機能するものである。
【０１０１】
なお、ここでは、シード層６０の材料としてＲｕを用いる場合を例に説明したが、シード層６０の材料はＲｕに限定されるものではない。ＮｉＣｒ、ＮｉＦｅＣｒ等をシード層６０の材料として用いてもよい。また、Ｔａ膜とＮｉＦｅ膜との積層膜をシード層６０として用いてもよい。
【０１０２】
反強磁性層６２と反強磁性層６２上に形成された強磁性層２６とを有する記録層２２ａは、反強磁性層６２の厚さを臨界膜厚（それ以上の膜厚で一方向異方性が発生する反強磁性層の厚さ）より薄く設定することにより、十分に大きな一軸磁気異方性を得ることが可能である。ここで、臨界膜厚とは、それ以上の膜厚で一方向異方性が発生する反強磁性層の厚さのことをいう。換言すれば、臨界膜厚とは、それ以上の膜厚で磁化曲線に交換結合磁界が発生する反強磁性層の厚さのことである。
【０１０３】
図１１は、強磁性層／反強磁性層積層膜の一方向異方性定数ＪＫの反強磁性層厚依存性を示すグラフである。横軸は反強磁性層の厚さを示している。縦軸は、一方向異方性定数ＪＫを示している。なお、図１１は、非特許文献３に記載されている。
【０１０４】
図１１において一方向異方性定数ＪＫが０となる反強磁性層の膜厚ｄＡＦが、反強磁性層の臨界膜厚に相当する。
【０１０５】
図１１から分かるように、ＩｒＭｎの臨界膜厚は３ｎｍ程度である。このため、ＩｒＭｎを反強磁性層６２の材料として用いる場合には、反強磁性層６２の膜厚を３ｎｍ以下に設定すればよい。ここでは、ＩｒＭｎより成る反強磁性層６２の厚さを例えば２ｎｍとする。
【０１０６】
Ｒｕ膜６０の非磁性層の厚さは、例えば２ｎｍとする。
【０１０７】
ＣｏＦｅＢより成る強磁性層２６の厚さは、例えば２ｎｍとする。
【０１０８】
本実施形態では、記録層２２ａが臨界膜厚以下の反強磁性層６２と強磁性層２６とを有しているため、反強磁性層６２と強磁性層２６との間の交換結合により、十分に大きな一軸磁気異方性を記録層２２ａにおいて得ることが可能である。具体的には、５×１０５ｅｒｇ／ｃｃ以上の一軸磁気異方性を記録層２２ａにおいて得ることが可能である。
【０１０９】
上述したように、記録層２２ａの幅Ｄを０．１μｍ程度まで狭くする場合において十分な耐熱性を得るためには、記録層２２ａにおける一軸磁気異方性を５×１０５ｅｒｇ／ｃｃ以上に設定することが好ましい。
【０１１０】
本実施形態によれば、５×１０５ｅｒｇ／ｃｃ以上の一軸磁気異方性を記録層２２ａにおいて得ることが可能であるため、記録層２２ａの幅Ｄを０．１μｍ程度まで狭くする場合であっても十分な耐熱性が得られる磁気メモリ装置を提供することが可能である。
【０１１１】
記録層２２ａの幅Ｄ、即ち、記録ビット３４の幅Ｄは、例えば０．１μｍ程度とする。
【０１１２】
記録層２２ａの両側の側壁部分には、所定の間隔で切り欠き（ノッチ）２８が形成されている。切り欠き２８の形状は、例えばくさび形とする。
【０１１３】
記録層２２ａのうちの切り欠き２８が形成されている箇所は、磁壁３０の移動を規制する規制領域３２として機能する。規制領域３２にトラップされた磁壁３０は、記録層２２ａに電流を流した際に生ずるスピントルクにより、適宜移動させることが可能である。
【０１１４】
記録層２２ａの各々の記録ビット３４は、規制領域３２により画定される。このため、１つの記録ビット３４の長さＬは、規制領域３２の間隔と等しくなる。規制領域３２の間隔Ｌ、即ち１つの記録ビット３４の長さＬは、例えば０．１μｍ程度とする。
【０１１５】
図２０に示す提案されている磁気メモリ装置では、記録層１２２の幅Ｄに対する記録ビット１３４の長さＬの比（Ｌ／Ｄ）を十分に大きく設定することにより、記録層１２２における一軸磁気異方性を実現し（形状磁気異方性）、これにより熱揺らぎに対する耐性を確保していた。具体的には、提案されている磁気メモリ装置では、記録層１２２の幅Ｄに対する記録ビット１３４の長さＬの比（Ｌ／Ｄ）を２より大きく設定していた。
【０１１６】
ところで、記録層１２２における記録密度の更なる向上を実現するためには、記録ビット１３４の長さＬをできるだけ短く設定することが好ましい。
【０１１７】
本実施形態では、記録層２２ａが臨界膜厚より薄い反強磁性層６２と強磁性層２６とを有しているため、十分に大きい一軸磁気異方性が記録層２２ａにおいて得られる。具体的には、記録ビット３４の幅Ｄに対する記録ビット３４の長さＬの比（Ｌ／Ｄ）を２以下に設定した場合であっても、記録層２２ａにおいて十分な一軸磁気異方性を得ることが可能である。但し、記録ビット３４の幅Ｄに対する記録ビット３４の長さＬの比（Ｌ／Ｄ）が過度に小さい場合には、必ずしも十分な一軸磁気異方性が記録層２２ａにおいて得られるとは限らない。従って、記録ビット３４の幅Ｄに対する記録ビット３４の長さＬの比（Ｌ／Ｄ）を０．５〜２に設定することが好ましい。
【０１１８】
規制領域３２にトラップされた磁壁３０は、記録層２２ａに電流を流した際に生ずるスピントルクにより、適宜移動させることが可能であるが、磁壁３０を移動させる際の消費電流は、できるだけ低く抑えることが好ましい。本実施形態のように記録層２２ａが反強磁性層６２と強磁性層２６とを有している場合には、磁壁３０を移動させるための電流を記録層２２ａに流すと、強磁性層２６のみならず、反強磁性層６２にも電流が流れる。磁壁３０を移動させるためには、主として強磁性層２６に十分な電流を流せばよい。従って、消費電流を低減する観点からは、反強磁性層６２の電気抵抗を強磁性層２６の電気抵抗の５倍以上に設定することが好ましい。
【０１１９】
下部電極１８ａ、１８ｂの上方における記録層２２ａ上には、ＭｇＯより成るバリア層３６を介して、固定磁化層３８ａ、３８ｂが形成されている。固定磁化層３８ａ、３８ｂは、ＣｏＦｅＢ膜とＲｕ膜とＣｏＦｅ膜とＰｔＭｎとの積層膜より成る積層フェリ構造となっている。
【０１２０】
固定磁化層３８ａ、３８ｂ上には、Ｔａより成る接続電極４８ａ、４８ｂが形成されている。
【０１２１】
記録層２２ａ、固定磁化層３８ａ、３８ｂ及び接続電極４８ａ、４８ｂが形成された層間絶縁膜１４上には、接続電極４８ａ、４８ｂの上面が露出するように層間絶縁膜５０が埋め込まれている。
【０１２２】
層間絶縁膜５０には、記録層２２ａの両端にそれぞれ接続されたコンタクトプラグ５４が埋め込まれている。
【０１２３】
コンタクトプラグ５４等が埋め込まれた層間絶縁膜５０上には、書き込み素子２の上部電極５６ａ、読み出し素子４の上部電極５６ｂ及び配線５６ｃ、５６ｄが形成されている。配線５６ｃ、５６ｄは、コンタクトプラグ５４を介して記録層２２に電気的に接続されている。
【０１２４】
上部電極５６ａ、５６ｂ及び配線５６ｃ、５６ｄが形成された層間絶縁膜５０上には、上部電極５６ａ、５６ｂ及び配線５６ｃ、５６ｄを埋め込むように層間絶縁膜５８が形成されている。
【０１２５】
こうして本実施形態による磁気メモリ装置が構成されている。
【０１２６】
本実施形態によれば、記録層２２ａが、強磁性層２６と、強磁性層２６の一方の面に形成された反強磁性層６２とを有しているため、反強磁性層６２と強磁性層２６との交換結合により、十分な一軸磁気異方性を記録層２２ａにおいて得ることができる。換言すれば、本実施形態による磁気メモリ装置は、記録層２２ａに対して一軸磁気異方性を付与する手段を有しているため、十分な一軸磁気異方性を記録層２２ａにおいて得ることができる。このため、本実施形態によれば、記録層２２ａの幅を比較的狭く設定した場合であっても、耐熱性の高い磁気メモリ装置を提供することができる。
【０１２７】
しかも、本実施形態によれば、記録層２２ａにおいて十分に大きな一軸磁気異方性が得られるため、記録ビット３４の長さＬを短くすることが可能である。このため、本実施形態によっても、記録層２２ａにおける記録密度を十分に高くすることができ、記憶容量の高い磁気メモリ装置を提供することが可能となる。
【０１２８】
（磁気メモリ装置の製造方法）
次に、本実施形態による磁気メモリ装置の製造方法を図１２乃至図１６を用いて説明する。図１２乃至図１６は、本実施形態による磁気メモリ装置の製造方法を示す工程断面図である。
【０１２９】
まず、トランジスタ（図示せず）等が形成されたシリコン基板１０上に、シリコン酸化膜より成る層間絶縁膜１２を形成する工程から、溝１６ａ、１６ｂ内に下部電極１８ａ、１８ｂを埋め込む工程までは、図４（ａ）乃至図４（ｃ）を用いて上述した第１実施形態による磁気メモリ装置の製造方法と同様であるので説明を省略する（図１２（ａ）乃至図１２（ｃ）参照）。
【０１３０】
次に、全面に、例えばスパッタリング法により、膜厚２ｎｍのＲｕ膜６０を形成する。Ｒｕ膜６０は、記録層２２ａの非磁性層となるものである。
【０１３１】
次に、全面に、例えばスパッタリング法により、膜厚３ｎｍのＩｒＭｎ膜６２を形成する。ＩｒＭｎ膜６２は、記録層の反強磁性層となるものである。
【０１３２】
次に、全面に、例えばスパッタリング法により、膜厚２ｎｍのＣｏＦｅＢ膜２６を形成する。ＣｏＦｅＢ膜２６は、記録層の強磁性層となるものである。
【０１３３】
次に、全面に、例えばスパッタリング法により、膜厚１ｎｍのＭｇＯ膜３６を形成する。ＭｇＯ膜３６は、バリア層（トンネル絶縁膜）３６となるものである。
【０１３４】
次に、全面に、例えばスパッタリング法により、ＣｏＦｅＢ膜４０、Ｒｕ膜４２、ＣｏＦｅ膜４４及びＰｔＭｎ膜４６を順次形成する。ＣｏＦｅＢ膜４０の膜厚は、例えば２．３ｎｍ程度とする。Ｒｕ膜４２の膜厚は、例えば０．８ｎｍ程度とする。ＣｏＦｅ膜４４の膜厚は、例えば１．７ｎｍ程度とする。ＰｔＭｎ膜４６の膜厚は、例えば２０ｎｍ程度とする。ＣｏＦｅＢ膜４０、Ｒｕ膜４２及びＣｏＦｅ膜４４より成る積層膜は、固定磁化層３８ａ、３８ｂとなるものである。ＰｔＭｎ膜４６は、固定磁化層３８ａ、３８ｂの一部を構成する反強磁性層となるものである。
【０１３５】
次に、全面に、例えばスパッタリング法により、膜厚５０ｎｍのＴａ膜４８を形成する。Ｔａ膜は、接続電極４８ａ、４８ｂとなるものである（図１３（ａ）参照）。
【０１３６】
次に、例えばスピンコート法により、フォトレジスト膜（図示せず）を形成する。
【０１３７】
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、フォトレジスト膜を記録層２２の平面形状にパターニングする。磁壁３０を規制するための規制領域３２を切り欠き２８により形成する場合には、切り欠き２８が形成されるような平面形状にフォトレジスト膜をパターニングする。
【０１３８】
次に、フォトレジスト膜をマスクとして、イオンミリング又はＲＩＥ（Reactive Ion Etching、反応性イオンエッチング）により、Ｔａ膜４８、ＰｔＭｎ膜４６、ＣｏＦｅ膜４４、Ｒｕ膜４２、ＣｏＦｅＢ膜４０、ＭｇＯ膜３６、ＣｏＦｅＢ膜２６、ＩｒＭｎ膜６２及びＲｕ膜６０をパターニングする（図１３（ｂ）参照）。この後、フォトレジスト膜を剥離する。
【０１３９】
次に、例えばスピンコート法により、フォトレジスト膜（図示せず）を形成する。
【０１４０】
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、フォトレジスト膜を書き込み素子２の平面形状及び読み出し素子４の平面形状にパターニングする。書き込み素子２及び読み出し素子４のそれぞれの寸法は、例えば３０ｎｍ×９０ｎｍとする。
【０１４１】
次に、フォトレジスト膜をマスクとして、Ｔａ膜４８、ＰｔＭｎ膜４６、ＣｏＦｅ膜４４、Ｒｕ膜４２、ＣｏＦｅＢ膜４０、ＭｇＯ膜３６をエッチングする。この際、記録層２２を過度にエッチングしてしまうことがないよう、エッチングの終点を制御する。こうして、ＭｇＯより成るバリア層３６が形成される。また、ＣｏＦｅＢ膜、Ｒｕ膜、ＣｏＦｅ膜及びＰｔＭｎ膜より成る固定磁化層３８ａ、３８ｂが形成される。また、Ｔａ膜より成る接続電極４８ａ、４８ｂが形成される（図１４（ａ）参照）。
【０１４２】
次に、例えばＣＶＤ法により、膜厚２００ｎｍのシリコン酸化膜より成る層間絶縁膜５０を形成する。
【０１４３】
次に、例えばＣＭＰ法により、接続電極４８ａ、４８ｂの表面が露出するまで層間絶縁膜５０を研磨する（図１４（ｂ）参照）。
【０１４４】
次に、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、記録層２２のそれぞれの端部に達するコンタクトホール５２を、層間絶縁膜５０に形成する（図１５（ａ）参照）。
【０１４５】
次に、例えばＣＶＤ法により、窒化チタンより成るバリアメタル膜を形成する。
【０１４６】
次に、例えばＣＶＤ法により、タングステン膜を形成する。
【０１４７】
次に、例えばＣＭＰ法により、層間絶縁膜５０の表面が露出するまで、タングステン膜及びバリアメタル膜を研磨する。こうして、コンタクトホール５２内にコンタクトプラグ５４が埋め込まれる（図１５（ｂ）参照）。
【０１４８】
次に、例えばめっき法により、膜厚２００ｎｍのＣｕ膜を形成する。
【０１４９】
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、Ｃｕ膜をパターニングする。これにより、Ｃｕより成る上部電極５６ａ、５６ｂ、及びＣｕより成る配線５６ｃ、５６ｄが形成される。
【０１５０】
次に、上部電極５６ａ、５６ｂ及び配線５６ｃ、５６ｄを覆うように層間絶縁膜５８を形成する。
【０１５１】
こうして本実施形態による磁気メモリ装置が製造される（図１６参照）。
【０１５２】
（変形例（その１））
次に、本実施形態による磁気メモリ装置及びその製造方法の変形例（その１）を図１７を用いて説明する。図１７は、本変形例による磁気メモリ装置及びその製造方法を示す斜視図である。図１７における小さい矢印は反強磁性体層におけるスピンを模式的に示している。また、図１７における大きい矢印は、磁化方向を示している。
【０１５３】
本変形例による磁気メモリ装置及びその製造方法は、記録層２２ａを部分的に加熱することにより、磁壁３０の移動を規制する規制領域３２を形成することに主な特徴がある。
【０１５４】
図１７に示すように、本変形例では、記録層２２ａを所定の間隔で加熱することにより磁壁の移動を規制する規制領域３２を形成する。記録層２２ａを部分的に加熱する際には、少なくとも反強磁性層６２と強磁性層２６との界面が加熱されるようにする。図１７において楕円で示した箇所は、記録層２２ａのうちの加熱されるべき箇所を示している。記録層２２ａを部分的に加熱する際には、電子線、イオンビーム、又はレーザビーム等を用いることができる。
【０１５５】
記録層２２ａを部分的に加熱すると、反強磁性層６２と強磁性層２６との交換結合が弱まる。反強磁性層６２と強磁性層２６との間の交換結合が弱まった箇所は、磁壁３０の移動を規制する規制領域３２として機能し得る。
【０１５６】
このように、記録層２２ａを部分的に加熱することにより磁壁の移動を規制する規制領域３２を形成してもよい。
【０１５７】
（変形例（その２））
次に、本変形例による磁気メモリ装置及びその製造方法の変形例（その２）を図１８を用いて説明する。図１８は、本変形例による磁気メモリ装置及びその製造方法を示す斜視図である。
【０１５８】
本変形例による磁気メモリ装置及びその製造方法は、強磁性層２６の一部を改質することにより、磁壁の移動を規制する規制領域３２を形成することに主な特徴がある。
【０１５９】
図１８に示すように、本変形例では、強磁性層２６を部分的に改質することにより、規制領域３２を形成する。図１８において楕円で示した箇所６６は、強磁性層２６のうちの改質されるべき箇所を示している。
【０１６０】
強磁性層２６のうちの改質された箇所は、非磁性体となる。強磁性層２６のうちの非磁性体となった部分は、磁壁３０の移動を規制する規制領域３２として機能し得る。
【０１６１】
このように、強磁性層２６を部分的に改質することにより、磁壁３０の移動を規制する規制領域３２を形成してもよい。
【０１６２】
（変形例（その３））
次に、本変形例による磁気メモリ装置及びその製造方法の変形例（その３）を図１９を用いて説明する。図１９は、本変形例による磁気メモリ装置及びその製造方法を示す斜視図である。
【０１６３】
本変形例による磁気メモリ装置及びその製造方法は、加熱用配線６８を所定の間隔で設け、加熱用配線６８を用いて記録層２２ａの一部を加熱することにより、磁壁の移動を規制する規制領域３２を形成することに主な特徴がある。
【０１６４】
図１９に示すように、本変形例では、記録層２２ａの下方に所定の間隔で加熱用配線６８が設けられている。加熱用配線６８は、記録層２２ａに交差するように設けられている。加熱用配線６８は、記録層２２ａの一部を加熱するためのものである。加熱用配線６８の材料としては、例えばＴａ等を用いることができる。図１９において楕円で示した部分は、加熱されるべき箇所７０を示している。
【０１６５】
加熱用配線６８に大きい電流を流すと、加熱用配線６８により記録層２２ａが加熱され、加熱された箇所においては反強磁性層６２と強磁性層２６との間の交換結合が弱まる。反強磁性層６２と強磁性層２６との間の交換結合が弱まった箇所は、磁壁３０の移動を規制する規制領域３２として機能し得る。
【０１６６】
このように、加熱用配線６８を用いて記録層２２ａを部分的に加熱することにより磁壁３０の移動を規制する規制領域３２を形成してもよい。
【０１６７】
［変形実施形態］
本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
【０１６８】
例えば、上記実施形態では、下地層２４や反強磁性層６２等を設けることにより記録層２２、２２ａに一軸磁気異方性を付与したが、記録層２２、２２ａに一軸磁気異方性を付与する手段は、下地層２４や反強磁性層６２等に限定されるものではない。記録層２２、２２ａに一軸磁気異方性を付与し得る手段を適宜設けるようにすればよい。
【０１６９】
また、第１実施形態では、下地層２４の材料としてＴａ（タンタル）を用いる場合を例に説明したが、下地層２４の材料はＴａに限定されるものではない。記録層２２に一軸磁気異方性を付与し得る材料を、下地層２４の材料として適宜用いることが可能である。例えば、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｔｉ（チタン）、Ｈｆ（ハフニウム）、又は、Ｗ（タングステン）を下地層２４の材料として用いてもよい。
【０１７０】
また、上記実施形態では、切り欠き２８の形状をくさび形にする場合を例に説明したが、切り欠き２８の形状はくさび形に限定されるものではない。例えば台形、長方形、半円形等、他の様々な形状に切り欠き２８の形状を設定した場合にも、規制領域３２を構成することが可能である。このように、切り欠き２８の形状は、デバイス構造に合わせて適宜設定すればよい。
【０１７１】
また、第２実施形態では、反強磁性層６２の材料としてＩｒＭｎを用いる場合を例に説明したが、反強磁性層６２の材料はＩｒＭｎに限定されるものではない。例えば、Ｍｎを含む反強磁性体を、反強磁性層６２の材料として適宜用いることができる。Ｍｎを含む反強磁性体としては、例えばＰｄＰｔＭｎ、ＰｔＭｎ等を用いることができる。ＰｄＰｔＭｎ又はＰｔＭｎを反強磁性層６２の材料として用いる場合には、反強磁性層６２の厚さを１０ｎｍ以下に設定することが望ましい。また、ＮｉＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＣｏＯ等の絶縁性の反強磁性体を、反強磁性層６２の材料として用いてもよい。
【０１７２】
また、上記実施形態では、記録層２２、２２ａを構成する強磁性層２６としてＣｏＦｅＢを用いる場合を例に説明したが、強磁性層２６の材料はＣｏＦｅＢに限定されるものではない。Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅのうちの少なくとも１種類以上を含む強磁性体を強磁性層２６の材料として適宜用いることができる。例えば、強磁性層２６として、Ｃｏ層、Ｎｉ層、Ｆｅ層、ＮｉＦｅ層、ＣｏＦｅ層、ＣｏＮｉ層、ＣｏＮｉＦｅ層等を用いてもよい。
【０１７３】
また、上記実施形態では、固定磁化層３８ａ、３８ｂの一部を構成する強磁性層４０としてＣｏＦｅＢを用いる場合を例に説明したが、かかる強磁性層４０の材料はＣｏＦｅＢに限定されるものではない。Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅのうちの少なくとも１種類以上を含む強磁性体を強磁性層４０の材料として適宜用いることができる。例えば、強磁性層４０として、Ｃｏ層、Ｎｉ層、Ｆｅ層、ＮｉＦｅ層、ＣｏＦｅ層、ＣｏＮｉ層、ＣｏＮｉＦｅ層等を用いてもよい。
【０１７４】
また、上記実施形態では、固定磁化層３８ａ、３８ｂの一部を構成する強磁性層４４としてＣｏＦｅを用いる場合を例に説明したが、かかる強磁性層４４の材料はＣｏＦｅに限定されるものではない。Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅのうちの少なくとも１種類以上を含む強磁性体を強磁性層４４の材料として適宜用いることができる。例えば、強磁性層４４として、Ｃｏ層、Ｎｉ層、Ｆｅ層、ＮｉＦｅ層、ＣｏＮｉ層、ＣｏＮｉＦｅ層等を用いてもよい。
【０１７５】
また、上記実施形態では、固定磁化層３８ａ、３８ｂの一部を構成する反強磁性層４６の材料としてＰｔＭｎを用いる場合を例に説明したが、かかる反強磁性層４６の材料はＰｔＭｎに限定されるものではない。例えば、ＩｒＭｎ、ＰｄＰｔＭｎ等の他の反強磁性材料を反強磁性層４６の材料として用いてもよい。
【０１７６】
また、上記実施形態では、固定磁化層の一部を構成する非磁性層４２の材料としてＲｕ膜を用いる場合を例に説明したが、かかる非磁性層４２の材料はＲｕに限定されるものではない。例えば、Ｒｈ、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ等の非磁性材料を非磁性層４２の材料として用いてもよい。
【０１７７】
また、上記実施形態では、バリア層（トンネル絶縁膜）３６の材料としてＭｇＯを用いる場合を例に説明したが、バリア層３６の材料はＭｇＯに限定されるものではない。例えば、ＡｌＯＸ、ＨｆＯＸ、ＴｉＯＸ、ＴａＯＸ等の絶縁材料をバリア層３６の材料として適宜用いてもよい。
【０１７８】
また、上記実施形態では、書き込み素子２と読み出し素子４の両方を別個に設ける場合を例に説明したが、書き込み素子と読み出し素子とを兼ねる書き込み／読み出し素子を形成してもよい。
【０１７９】
また、上記実施形態では、書き込み素子２としてＴＭＲ素子を用いる場合を例に説明したが、書き込み素子２はＴＭＲ素子に限定されるものではない。例えばＧＭＲ素子を書き込み素子２として用いてもよい。
【０１８０】
また、上記実施形態では、読み出し素子４としてＴＭＲ素子を用いる場合を例に説明したが、読み出し素子４はＴＭＲ素子に限定されるものではない。例えばＧＭＲ素子を読み出し素子４として用いてもよい。
【０１８１】
また、配線（図示せず）によって書き込み手段を構成してもよい。配線に電流を流した際に生ずる磁界により、記録ビット３４の磁化方向を制御するようにしてもよい。
【０１８２】
また、第２実施形態では、記録層２２ａの上方にバリア層３６を介して固定磁化層３８ａ、３８ｂを設けたが、記録層２２ａの下方にバリア層３６を介して固定磁化層３８ａ、３８ｂを設けてもよい。但し、この場合には、強磁性層２６上に反強磁性層６２を形成することにより記録層２２ａを構成する。バリア層３６を介して固定磁化層３８ａ、３８ｂに対向させる層は、記録層２２ａのうちの強磁性層２６とする必要があるためである。
【０１８３】
以上詳述したように、本発明の特徴をまとめると以下のようになる。
（付記１）
磁壁の移動を規制する規制領域が所定の間隔で形成され、前記規制領域間の領域が記録ビットとなる線状の記録層を有し、前記記録層に一軸磁気異方性を付与する手段を有する
ことを特徴とする磁気メモリ装置。
（付記２）
付記１記載の磁気メモリ装置において、
前記記録層は、強磁性層と、前記強磁性層の下地に形成されたＴａ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｗのいずれかより成る下地層とを有する
ことを特徴とする磁気メモリ装置。
（付記３）
付記１記載の磁気メモリ装置において、
前記記録層は、強磁性層と、前記強磁性層の一方の面に形成された反強磁性層とを有する
ことを特徴とする磁気メモリ装置。
（付記４）
付記１乃至３のいずれかに記載の磁気メモリ装置において、
前記規制領域の間隔Ｌと前記記録層の幅Ｄとの比Ｌ／Ｄは、０．５〜２である
ことを特徴とする磁気メモリ装置。
（付記５）
付記１乃至４のいずれかに記載の磁気メモリ装置において、
前記記録層の磁気異方性は５×１０５ｅｒｇ／ｃｃ以上である
ことを特徴とする磁気メモリ装置。
（付記６）
付記２記載の磁気メモリ装置において、
前記下地層の電気抵抗は、前記強磁性層の電気抵抗の５倍以上である
ことを特徴とする磁気メモリ装置。
（付記７）
付記３記載の磁気メモリ装置において、
前記反強磁性層の電気抵抗は、前記強磁性層の電気抵抗の５倍以上である
ことを特徴とする磁気メモリ装置。
（付記８）
付記２記載の磁気メモリ装置において、
前記下地層の厚さは２ｎｍ以上である
ことを特徴とする磁気メモリ装置。
（付記９）
付記３記載の磁気メモリ装置において、
前記反強磁性層は、Ｍｎを含む反強磁性体より成る
ことを特徴とする磁気メモリ装置。
（付記１０）
付記９記載の磁気メモリ装置において、
前記反強磁性層は、ＩｒＭｎ、ＰｄＰｔＭｎ、ＰｔＭｎより成る
ことを特徴とする磁気メモリ装置。
（付記１１）
付記３記載の磁気メモリ装置において、
前記反強磁性層は、ＮｉＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＣｏＯより成る
ことを特徴とする磁気メモリ装置。
（付記１２）
付記３記載の磁気メモリ装置において、
前記反強磁性層の膜厚は、前記記録層において一方向異方性が生じる際の膜厚である臨界膜厚より薄い
ことを特徴とする磁気メモリ装置。
（付記１３）
付記２又は３記載の磁気メモリ装置において、
前記強磁性層は、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅのうちの少なくとも１種類以上を含む強磁性体より成る
ことを特徴とする磁気メモリ装置。
（付記１４）
付記１乃至１３のいずれかに記載の磁気メモリ装置において、
前記記録層の側部に形成された切り欠きにより、前記規制領域が形成されている
ことを特徴とする磁気メモリ装置。
（付記１５）
付記３記載の磁気メモリ装置において、
前記反強磁性層と前記強磁性層との間の交換結合を部分的に弱くすることにより、前記規制領域が形成されている、
ことを特徴とする磁気メモリ装置。
（付記１６）
付記３記載の磁気メモリ装置において、
前記強磁性層を部分的に改質することにより、前記規制領域が形成されている
ことを特徴とする磁気メモリ装置。
（付記１７）
付記３記載の磁気メモリ装置において、
前記記録層を加熱するための加熱用配線が前記所定の間隔で前記記録層に交差するように設けられており、
前記記録層のうちの前記加熱用配線により加熱された領域が前記規制領域となっている
ことを特徴とする磁気メモリ装置。
（付記１８）
強磁性層と、前記強磁性層の一方の面に形成された反強磁性層とを有する記録層を形成する工程と、
前記記録層を所定の間隔で加熱あるいは改質することにより、磁壁の移動を規制する規制領域を前記記録層に形成する工程と
を有することを特徴とする磁気メモリ装置の製造方法。
（付記１９）
付記１８記載の磁気メモリ装置の製造方法において、
前記規制領域を形成する工程では、電子ビーム、イオンビーム又はレーザビームを用いて前記記録層を加熱することにより、前記規制領域を形成する
ことを特徴とする磁気メモリ装置の製造方法。
（付記２０）
付記１８記載の磁気メモリ装置の製造方法において、
前記規制領域を形成する工程では、イオンビームを用いて前記記録層を改質することにより、前記規制領域を形成する
ことを特徴とする磁気メモリ装置の製造方法。
（付記２１）
記録層を加熱するための加熱用配線を所定の間隔で形成する工程と、
強磁性層と、前記強磁性層の一方の面に形成された反強磁性層とを有する前記記録層を前記加熱用配線に交差するように形成する工程と、
前記加熱用配線を用いて前記記録層を加熱することにより、磁壁の移動を規制する規制領域を前記記録層に形成する工程と
を有することを特徴とする磁気メモリ装置の製造方法。
【図面の簡単な説明】
【０１８４】
【図１】本発明の第１実施形態による磁気メモリ装置の一部を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態による磁気メモリ装置を示す断面図である。
【図３】下地層と強磁性層とから成る積層膜の磁化曲線を示すグラフである。
【図４】本発明の第１実施形態による磁気メモリ装置の製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図５】本発明の第１実施形態による磁気メモリ装置の製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図６】本発明の第１実施形態による磁気メモリ装置の製造方法を示す工程断面図（その３）である。
【図７】本発明の第１実施形態による磁気メモリ装置の製造方法を示す工程断面図（その４）である。
【図８】本発明の第１実施形態による磁気メモリ装置の製造方法を示す工程断面図（その５）である。
【図９】本発明の第２実施形態による磁気メモリ装置の一部を示す斜視図である。
【図１０】本発明の第２実施形態による磁気メモリ装置を示す断面図である。
【図１１】強磁性層／反強磁性層積層膜の一方向異方性定数ＪＫの反強磁性層厚依存性を示すグラフである。
【図１２】本発明の第２実施形態による磁気メモリ装置の製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図１３】本発明の第２実施形態による磁気メモリ装置の製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図１４】本発明の第２実施形態による磁気メモリ装置の製造方法を示す工程断面図（その３）である。
【図１５】本発明の第２実施形態による磁気メモリ装置の製造方法を示す工程断面図（その４）である。
【図１６】本発明の第２実施形態による磁気メモリ装置の製造方法を示す工程断面図（その５）である。
【図１７】本発明の第２実施形態の変形例（その１）による磁気メモリ装置及びその製造方法を示す斜視図である。
【図１８】本発明の第２実施形態の変形例（その２）による磁気メモリ装置及びその製造方法を示す斜視図である。
【図１９】本発明の第２実施形態の変形例（その３）による磁気メモリ装置及びその製造方法を示す斜視図である。
【図２０】提案されている磁気メモリ装置を示す斜視図である。
【符号の説明】
【０１８５】
２…書き込み素子
４…読み出し素子
１０…シリコン基板
１２…層間絶縁膜
１４…層間絶縁膜
１６ａ、１６ｂ…溝
１８ａ、１８ｂ…下部電極
２２、２２ａ…記録層
２４…下地層
２６…強磁性層
２８…切り欠き（ノッチ）
３０…磁壁
３２…規制領域（ピニングサイト）
３４…記録ビット
３６…バリア層（トンネル絶縁膜）
３８ａ、３８ｂ…固定磁化層
４０…強磁性層
４２…非磁性層
４４…強磁性層
４６…反強磁性層
４８ａ、４８ｂ…接続電極
５０…層間絶縁膜
５２…コンタクトホール
５４…コンタクトプラグ
５６ａ、５６ｂ…上部電極
５６ｃ、５６ｄ…配線
５８…層間絶縁膜
６０…非磁性層、シード層
６２…反強磁性層
６４…加熱する箇所
６６…改質する箇所
６８…加熱用配線
７０…加熱する箇所
１０２…書き込み素子
１０４…読み出し素子
１２２…記録層
１２８…切り込み（ノッチ）
１３０…磁壁
１３２…規制領域（ピニングサイト）
１３４…記録ビット
１３６…バリア層（トンネル絶縁膜）
１３８ａ、１３８ｂ…固定磁化層
１５６ａ、１５６ｂ…上部電極
【図１】
2007324171.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2007324171.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2007324171.tif 000015
【図１４】
2007324171.tif 000016
【図１５】
2007324171.tif 000017
【図１６】
2007324171.tif 000018
【図１７】
2007324171.tif 000019
【図１８】
2007324171.tif 000020
【図１９】
2007324171.tif 000021
【図２０】
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